AGH Wydział EAIiE		Imię Nazwisko : Dawid Gibek
ELEKTROTECHNIKA			Rok akademicki: 1998/99
LABORATORIUM ELEKTRONIKI			Rok studiów: II
						Semestr: IV
			Temat ćwiczenia: Wzmacniacz RC			Nr ćwiczenia: 1
Data wykonania ćwiczenia: 01.06.1999		Data zaliczenia sprawozdania: .......................

Wstęp teoretyczny:

Tematem ćwiczenia są podstawowe właściwości jednostopniowego wzmacniacza pasmowego z tranzystorem bipolarnym. Ćwiczenie polega na dokonaniu pomiaru częstotliwości granicznych oraz wzmocnienia w zakresie średnich częstotliwości jedno-tranzystorowego wzmacniacza RC z typowym układem zasilania i stabilizacji punktu pracy tranzystora. Celem ćwiczenia jest zilustrowanie jakościowych i ilościowych związków między podstawowymi roboczymi wzmacniacza a parametrami elementów układu.

Schemat jednostopniowego tranzystorowego wzmacniacza pasmowego badanego w ćwiczeniu przedstawia poniższy rysunek:

Rezystancja R_g reprezentuje oporność wewnętrzną źródła sygnału wejściowego, R_O - rezystancję obciążenia układu, elementy R₁ i R₂ stanowią układ polaryzacji bazy tranzystora, R_C jest rezystorem kolektorowym (wpływającym na wzmocnienie układu), R_E - emiterowym (ustalającym wartość stałoprądową prądu emitera, a zatem i kolektora). Pojemności C₁ i C₂ sprzęgają badany układ z układem sygnału sterującego (poprzedni stopień) oraz obciążeniem, separując te układy stałoprądowo. Kondensator C_E zwiera składową zmienną prądu emitera (wpływa na przebieg charakterystyk częstotliwościowych w zakresie małych częstotliwości).

Podstawową funkcją wzmacniacza jest wzmocnienie sygnału bez zmiany jego kształtu. We wzmacniaczach rzeczywistych powstają dwojakiego rodzaju zniekształcenia sygnału:

1. Zniekształcenia nieliniowe, wywołane np. przez nieliniowość charakterystyk statycznych niektórych elementów wzmacniaczy, szumy i zakłócenia.

2. Zniekształcenia liniowe, wywołane niejednakowym przenoszeniem przez wzmacniacz sygnałów o różnych częstotliwościach.

Wzmocnienie to odbywa się kosztem energii doprowadzonej z pomocniczego źródła napięcia stałego. Wzmacniacz charakteryzują następujące parametry robocze:

- impedancja wejściowa Z_we=
;

- impedancja wyjściowa Z_wy=

;

- wzmocnienie napięciowe k_u=
;

- skuteczne wzmocnienie napięciowe k_us=
;

Właściwości wzmacniacza opisują jego charakterystyki częstotliwościowe:

- amplitudowa (zależność modułu wzmocnienia od częstotliwości)

- fazowa (określa przesunięcie fazowe między sygnałem wejściowym i wyjściowym)

- amplitudowo-fazowa

Do ważnych wielkości charakteryzujących wzmacniacz należą również stałość parametrów. Stałość określa wpływ zmian np. napięcia zasilania, temperatury, wilgotności itd. na parametry wzmacniacza (wzmocnienie, moc oddawaną, zniekształcenia itp.). Przez stabilność wzmacniacza rozumie się niemożliwość samowzbudzenia.

Opracowanie wyników:

1. Pomiar wzmocnienia i rezystancji wejściowej wzmacniacza:

Schemat połączeń do pomiaru wzmocnienia

Tabela wyników:

C2 Rc	UWE1' [mV]	UWY1[V]	UWE1” [mV]	UWY2 [V]	f [kHz]	kus	ku	RWE [kΩ]
68nF 4,7kΩ	56	2,9	11	1,5	1	52	136	6,2
68nF 2,7kΩ	20	0,62	16	1,25	1	31	78	6,6
68nF 470Ω	24	0,14	18,5	0,27	1	6	16	6,0

Napięcia uzyskaliśmy odczytując amplitudę z ekranu oscyloskopu, następnie mnożyliśmy ją przez ilość woltów na podziałkę, oraz uwzględniliśmy stosunek napięć na kolejnych wyjściach.

k_us=
, k_u=
,

R_WE=
gdzie : R_g=10 [kΩ]

Rezystancje teoretyczną obliczyliśmy z zależności:

R_{we teor.} = R_B || r_b'e

R_B = R₁ || R₂ = 75 k

R₁ = 300 k R₂ = 100 k

r_b'e = 12 k

Wyniosła ona R_{we teor.} = 6,4 kΩ .

2. Pomiar pasma przenoszenia wzmacniacza.

C2 Rc	fd [Hz]	fg [kHz]
68nF 470Ω	27,8	----
68nF 4,7kΩ	29,8	35,7
68nF 2,7kΩ	30,8	62,5
39nF 4,7kΩ	55,5	40,0

3. Przesterowanie wzmacniacza :

Wykresy napięcia na wyjściu przy przesterowaniu wzmacniacza dla poszczególnych konfiguracji:

C₂=39 [nF] y=3,7 V/dz 1,5 dz

R_c=4,7 [kΩ] x=2 V/dz 3,4 dz

C₂=39 [nF] y=6,2 V/dz 1,5 dz

R_c=4,7 [kΩ] x=2 V/dz 3,4 dz

Wnioski:

Największe napięciowe wzmocnienie badanego wzmacniacza uzyskaliśmy w konfiguracji z największą rezystancją R_c=4,7 [kΩ] i wartością pojemności C₂=68 [nF]. Wzmocnienie napięciowe skuteczne wyniosło k_us=52 natomiast k_u=136. Porównując wartości wzmocnienia przy zmianie wartości elementów R_c i C₂ dochodzimy do wniosku, że największy wpływ na wartość wzmocnienia napięciowego ma rezystancja R_c.

Dla każdej z konfiguracji wartości rezystancji wejściowej wzmacniacza różnią się znacznie (największa różnica wynosi ok. 45%). Błąd ten może wynikać z błędnie odczytanych wartości napięć wyjściowych i wejściowego. Maksymalna odchyłka wartości doświadczalnej od wartości teoretycznej wynosi ok. 46%. Błąd ten może wynikać z błędnie przyjętych wartości elementów (R_g) oraz z błędu odczytu z oscyloskopu.

Porównując wyniki pomiaru częstotliwości granicznych otrzymane przy pomocy oscyloskopu z wartościami teoretycznymi stwierdzamy, że odbiegają one od siebie w sposób znaczący (wartości teoretyczne są większe ok. 2 razy).

Przy przesterowaniu na wejście wzmacniacza podajemy napięcie o zwiększonej amplitudzie w wyniku czego wzrasta prąd kolektora, powoduje to obserwowany stan nasycenia tranzystora (część płaska przebiegu napięcia).

---